GIS地理信息系統(tǒng)-GIS-地理信息系統(tǒng)-課件

地理信息系統(tǒng)GIS1教學(xué)大綱簡(jiǎn)介課程特點(diǎn)和根本要求教學(xué)內(nèi)容和學(xué)時(shí)分配考核方式與參考書(shū)目2課程特點(diǎn)與根本要求課程特點(diǎn)GIS是一門(mén)典型的交叉性學(xué)科 因此，學(xué)生要學(xué)好GIS，首先必須要做好“GIS〞(Gentlemanlike,Intelligence,Smile。即博大(共建共享)、智能(開(kāi)發(fā)創(chuàng)新)、微笑(微笑效勞))。GIS是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科 因此，要重視技能訓(xùn)練，重點(diǎn)掌握ArcInfo等根底GIS軟件的操作和使用。GIS是一門(mén)迅速開(kāi)展中的學(xué)科 因此，要經(jīng)常閱讀有關(guān)的文獻(xiàn)資料，掌握GIS學(xué)科的開(kāi)展趨勢(shì)，努力更新自己的知識(shí)，不斷提高自己的能力。3根本要求本課程旨在使學(xué)生掌握地理信息系統(tǒng)的根本原理、技術(shù)方法和實(shí)際應(yīng)用，了解其主要應(yīng)用領(lǐng)域和開(kāi)展方向，并為從事GIS的地理學(xué)應(yīng)用和應(yīng)用型地理信息系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)奠定根底。具體要求如下：了解地理信息系統(tǒng)的根本原理，包括空間數(shù)據(jù)的語(yǔ)義學(xué)根底、GIS的科學(xué)定義、空間關(guān)系和空間對(duì)象的表達(dá)、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和類(lèi)型、空間分析原理和地學(xué)模型方法等；掌握地理信息系統(tǒng)的根本技術(shù)和方法，具有應(yīng)用MapInfo或ArcInfo軟件從事空間數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)與管理、處理、分析和圖形創(chuàng)造的根本技能；初步具有應(yīng)用GIS技術(shù)開(kāi)展地學(xué)研究的能力，包括地學(xué)應(yīng)用模型的構(gòu)建，應(yīng)用型GIS的設(shè)計(jì)，主要GIS軟件系統(tǒng)的使用和評(píng)價(jià)等。4教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時(shí)分配內(nèi)容分八章，由課堂講授和上機(jī)實(shí)習(xí)兩大教學(xué)環(huán)節(jié)組成，總學(xué)時(shí)為80學(xué)時(shí)，具體安排如下：課堂教學(xué)(52學(xué)時(shí))上機(jī)實(shí)習(xí)(28學(xué)時(shí))5課堂教學(xué)〔52學(xué)時(shí)〕第1章導(dǎo)論(2學(xué)時(shí)) §1.1地理信息系統(tǒng)的根本概念 §1.2地理信息系統(tǒng)的根本構(gòu)成 §1.3地理信息系統(tǒng)的功能簡(jiǎn)介 §1.4地理信息系統(tǒng)的開(kāi)展透視第2章地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(6學(xué)時(shí)) §2.1地理空間及其表達(dá) §2.2地理空間數(shù)據(jù)及其特征 §2.3空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型 §2.4空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的建立6第3章

空間數(shù)據(jù)的處理(6學(xué)時(shí))

§3.1空間數(shù)據(jù)的坐標(biāo)變換

§3.2空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換

§3.3多源空間數(shù)據(jù)的融合

§3.4空間數(shù)據(jù)的壓縮與綜合

§3.5空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插方法

§3.6圖幅數(shù)據(jù)邊沿匹配處理第4章

地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)(8學(xué)時(shí))

§4.1空間數(shù)據(jù)庫(kù)概述

§4.2空間數(shù)據(jù)庫(kù)概念模型設(shè)計(jì)：傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型

§4.3空間數(shù)據(jù)庫(kù)概念模型設(shè)計(jì)：語(yǔ)義數(shù)據(jù)模型和 面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型

§4.4空間數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯模型設(shè)計(jì)和物理設(shè)計(jì)

§4.5GIS空間時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)7第5章空間分析的原理與方法(10學(xué)時(shí)) §5.1數(shù)字地面模型分析 §5.2空間疊合分析 §5.3空間緩沖區(qū)分析 §5.4空間網(wǎng)絡(luò)分析 §5.5空間統(tǒng)計(jì)分析 §5.6空間數(shù)據(jù)的集合分析和查詢第6章地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用模型(8學(xué)時(shí)) §6.1GIS應(yīng)用模型概述 §6.2適宜性分析模型 §6.3開(kāi)展預(yù)測(cè)模型 §6.4位址選擇模型8

§6.5交通規(guī)劃模型

§6.6地學(xué)模擬模型

§6.7專(zhuān)家系統(tǒng)概述第7章地理信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)(6學(xué)時(shí))

§7.1GIS設(shè)計(jì)概述

§7.2地理信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

§7.3地理信息的標(biāo)準(zhǔn)化

§7.4地理信息系統(tǒng)的評(píng)價(jià)第8章地理信息系統(tǒng)產(chǎn)品的輸出設(shè)計(jì)(6學(xué)時(shí))

§8.1地理信息系統(tǒng)產(chǎn)品的輸出形式

§8.2地理信息系統(tǒng)圖形輸出系統(tǒng)設(shè)計(jì)

§8.3地理信息系統(tǒng)的可視化與虛擬現(xiàn)實(shí)9上機(jī)實(shí)習(xí)〔28學(xué)時(shí)〕

實(shí)習(xí)1初識(shí)MapInfo2學(xué)時(shí)實(shí)習(xí)2屏幕數(shù)字化2學(xué)時(shí)實(shí)習(xí)3數(shù)字化圖形的編輯2學(xué)時(shí)實(shí)習(xí)4MapInfo與數(shù)據(jù)庫(kù):空間庫(kù)與屬性庫(kù)的建立2學(xué)時(shí)實(shí)習(xí)5無(wú)縫圖層的建立2學(xué)時(shí)實(shí)習(xí)6地理編碼2學(xué)時(shí)實(shí)習(xí)7地理分析功能2學(xué)時(shí)實(shí)習(xí)8數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用:空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的雙向查詢2學(xué)時(shí)實(shí)習(xí)9數(shù)據(jù)信息統(tǒng)計(jì)2學(xué)時(shí)實(shí)習(xí)10專(zhuān)題地圖的繪制2學(xué)時(shí)實(shí)習(xí)11用戶界面設(shè)計(jì)2學(xué)時(shí)實(shí)習(xí)12模塊設(shè)計(jì)2學(xué)時(shí)實(shí)習(xí)13MapBasic文件操作2學(xué)時(shí)實(shí)習(xí)14MapInfo與其他程序的集成方法(OLE)2學(xué)時(shí)10考核方式與參考書(shū)目考核方式本課程的教學(xué)應(yīng)堅(jiān)持理論與實(shí)踐相統(tǒng)一的原那么，考核方式包括平時(shí)提問(wèn)、期中檢查、期末考試和上機(jī)實(shí)習(xí)成果考評(píng)等；本課程采用的結(jié)構(gòu)化考核和評(píng)分方法為：學(xué)生的總成績(jī)〔100分〕=平時(shí)提問(wèn)和課堂討論成績(jī)〔20分〕+上機(jī)實(shí)習(xí)和課程設(shè)計(jì)成績(jī)〔40分〕+期末考試成績(jī)〔40分〕。11參考書(shū)目龔健雅.地理信息系統(tǒng)根底.北京：科學(xué)出版社，2001郭達(dá)志等.地理信息系統(tǒng)根底與應(yīng)用.北京：煤炭工業(yè)出版社，1997張超等.地理信息系統(tǒng)實(shí)習(xí)教程.北京：高等教育出版社，2000吳信才等.地理信息系統(tǒng)原理與方法.北京：電子工業(yè)出版社，2002考核方式與參考書(shū)目12第一章導(dǎo)論第一節(jié)地理信息系統(tǒng)根本概念第二節(jié)地理信息系統(tǒng)的根本構(gòu)成第三節(jié)地理信息系統(tǒng)的功能簡(jiǎn)介第四節(jié)地理信息系統(tǒng)的開(kāi)展透視13第一節(jié)地理信息系統(tǒng)根本概念數(shù)據(jù)與信息兩者在詞義上的差異：數(shù)據(jù)是信息的表達(dá)，信息那么是數(shù)據(jù)的內(nèi)容；數(shù)據(jù)是客觀對(duì)象的表示，只有當(dāng)數(shù)據(jù)對(duì)實(shí)體行為產(chǎn)生影響時(shí)才成為信息；信息是當(dāng)代社會(huì)開(kāi)展的一項(xiàng)重要任務(wù)。14地理信息地理信息是指表征地理圈或地理環(huán)境固有要素或物質(zhì)的數(shù)量、質(zhì)量、分布特征、聯(lián)系和規(guī)律等的數(shù)字、文字、圖像和圖形等的總稱；地理信息屬于空間信息，它具有空間定位特征、多維結(jié)構(gòu)特征和動(dòng)態(tài)變化特征。第一節(jié)地理信息系統(tǒng)根本概念15地理信息系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱GIS)GIS是跨越地球科學(xué)、信息科學(xué)和空間科學(xué)的應(yīng)用根底學(xué)科，它研究關(guān)于地理空間信息處理和分析過(guò)程中提出一系列根本問(wèn)題，如空間對(duì)象表達(dá)與建模、空間關(guān)系及推理機(jī)制、空間信息的控制基準(zhǔn)、空間信息的認(rèn)知與分析、GIS系統(tǒng)設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)GIS應(yīng)用模型與可視化、空間信息的政策與標(biāo)準(zhǔn)等；GIS的操作對(duì)象是空間數(shù)據(jù),空間數(shù)據(jù)的主要特點(diǎn)是按統(tǒng)一的地理坐標(biāo)編碼，并實(shí)現(xiàn)對(duì)其定位、定性、定量和拓?fù)潢P(guān)系的描述,由此而形成GIS的技術(shù)優(yōu)勢(shì)是有效的地理實(shí)體表達(dá)、獨(dú)特的時(shí)空分析能力、強(qiáng)大的圖形創(chuàng)造手段和可靠的科學(xué)預(yù)測(cè)與輔助決策功能等；16GIS是管理和分析空間數(shù)據(jù)的應(yīng)用工程技術(shù)，該工程技術(shù)系統(tǒng)由六個(gè)子系統(tǒng)組成；GIS為地理學(xué)解決復(fù)雜的規(guī)劃與管理問(wèn)題提供了有效的手段，而地理學(xué)那么為GIS提供了重要的根底理論依托；GIS的科學(xué)定義：地理信息系統(tǒng)既是管理和分析空間數(shù)據(jù)的應(yīng)用工程技術(shù)，又是跨越地球科學(xué)、信息科學(xué)和空間科學(xué)的應(yīng)用根底學(xué)科。其技術(shù)系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)硬件、軟件和相關(guān)的方法過(guò)程所組成，用以支持空間數(shù)據(jù)的采集、管理、處理、分析、建模和顯示，以便解決復(fù)雜的規(guī)劃和管理問(wèn)題。17第二節(jié)GIS的根本構(gòu)成系統(tǒng)硬件

由主機(jī)、外設(shè)和網(wǎng)絡(luò)組成，用于存儲(chǔ)、處理、傳輸和顯示空間數(shù)據(jù)。系統(tǒng)軟件

由系統(tǒng)管理軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)軟件和根底GIS軟件組成，用于執(zhí)行GIS功能的數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、管理、處理、分析、建模和輸出等操作?？臻g數(shù)據(jù)庫(kù)

由數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)體和數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)組成，用于空間數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、管理、查詢、檢索和更新等。應(yīng)用模型

由數(shù)學(xué)模型、經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃突旌夏Ｐ徒M成，用于解決某項(xiàng)實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題，獲取經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。18用戶界面

由菜單式、命令式或表格式的圖形用戶界面所組成，是用以實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話的工具。GIS根本構(gòu)成的結(jié)構(gòu)圖硬件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)應(yīng)用模型GIS用戶GUI空間數(shù)據(jù)DBMS19第三節(jié)GIS的功能簡(jiǎn)介根本功能數(shù)據(jù)采集與編輯；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理；數(shù)據(jù)處理和變換；空間分析和統(tǒng)計(jì)；產(chǎn)品制作與顯示；二次開(kāi)發(fā)和編程。20應(yīng)用功能資源管理；區(qū)域規(guī)劃；國(guó)土監(jiān)測(cè)；輔助決策；定位效勞。第三節(jié)GIS的功能簡(jiǎn)介21第四節(jié)GIS的開(kāi)展透視開(kāi)展概況開(kāi)展簡(jiǎn)史；開(kāi)展態(tài)勢(shì)：GIS已成為一門(mén)綜合性技術(shù)；GIS產(chǎn)業(yè)化的開(kāi)展勢(shì)頭強(qiáng)勁；GIS網(wǎng)絡(luò)化已構(gòu)成當(dāng)今社會(huì)的熱點(diǎn)；地理信息科學(xué)(geoinformatics)的產(chǎn)生和開(kāi)展。根底理論地理信息系統(tǒng)是傳統(tǒng)科學(xué)與現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的邊緣學(xué)科，因此它明顯的表達(dá)出多學(xué)科交叉的特征，這些交叉學(xué)科的根底理論同樣構(gòu)成地理信息系統(tǒng)的根底理論體系；22各國(guó)政府設(shè)立相應(yīng)的組織機(jī)構(gòu)來(lái)引導(dǎo)GIS理論研究，如美國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)〔NSF〕支持成立了國(guó)家地理信息與分析中心〔NCGIA〕等，研究重點(diǎn)包括空間關(guān)系、空間數(shù)據(jù)模型、空間認(rèn)知、空間推理、地理信息機(jī)理和地理信息不確定性等；李德仁院士在?空間信息系統(tǒng)的集成與實(shí)現(xiàn)?一書(shū)中，扼要表達(dá)了地球空間信息學(xué)的七大理論問(wèn)題：地球空間信息學(xué)的基準(zhǔn)；地球空間信息標(biāo)準(zhǔn)；地球空間信息的時(shí)空變化理論；地球空間信息的認(rèn)知；地球空間信息的不確定性；地球空間信息的解譯與反響；地球空間信息的表達(dá)與可視化。23第二章地理信息系統(tǒng)的

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第一節(jié)地理空間及其表達(dá)第二節(jié)地理空間數(shù)據(jù)及其特征第三節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型第四節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的建立24第一節(jié)地理空間及其表達(dá)1.1地理空間的概念GIS中的概念常用“地理空間〞(geo-spatial)來(lái)表述，一般包括地理空間定位框架及其所連接的空間對(duì)象；地理空間定位框架即大地測(cè)量控制，由平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)組成；GIS的任何空間數(shù)據(jù)都必須納入一個(gè)統(tǒng)一的空間參照系中，以實(shí)現(xiàn)不同來(lái)源數(shù)據(jù)的融合、連接與統(tǒng)一；目前，我國(guó)采用的大地坐標(biāo)系為1980年中國(guó)國(guó)家大地坐標(biāo)系，現(xiàn)在規(guī)定的高程起算基準(zhǔn)面為1985國(guó)家高程基準(zhǔn)。251.2空間實(shí)體的表達(dá)在計(jì)算機(jī)中，現(xiàn)實(shí)世界是以各種數(shù)字和字符形式來(lái)表達(dá)和記錄的；對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的各類(lèi)空間對(duì)象的表達(dá)有兩種方法，分別稱為矢量表示法〔矢量數(shù)據(jù)模型〕和柵格表示法〔柵格數(shù)據(jù)模型〕,如以下圖。湖泊河道居民地流路262.1GIS的空間數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)可以按照數(shù)據(jù)項(xiàng)、空間對(duì)象和圖形特征的不同分為各種不同的類(lèi)型；地圖數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)、元數(shù)據(jù)等。這些數(shù)據(jù)都可以分為點(diǎn)、線、面三種不同的圖形，并可以分別采用X、Y平面坐標(biāo)，地理坐標(biāo)或者網(wǎng)格法表示。2.2空間數(shù)據(jù)的根本特征空間、屬性和時(shí)間特征——空間對(duì)象的三大根本特征。第二節(jié)地理空間數(shù)據(jù)及其特征27空間特征是指空間對(duì)象的位置及與相鄰對(duì)象的空間關(guān)系或拓?fù)潢P(guān)系；28屬性特征是指空間對(duì)象的專(zhuān)題屬性；描述現(xiàn)象的特征，如空間實(shí)體的類(lèi)別、屬性等29時(shí)間特征是指空間對(duì)象隨著時(shí)間演變而引起的空間和屬性特征的變化。第二節(jié)地理空間數(shù)據(jù)及其特征30空間數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系包括拓?fù)溧徑?、拓?fù)潢P(guān)聯(lián)和拓?fù)浒?，它們?cè)贕IS的數(shù)據(jù)處理、空間分析以及數(shù)據(jù)庫(kù)的查詢與檢索中，具有重要的意義。幾何形狀不同，它們的拓?fù)潢P(guān)系可能相同。拓?fù)潢P(guān)系反映了空間實(shí)體之間的邏輯關(guān)系，它不需要坐標(biāo)、距離信息，不受比例尺限制，也不隨投影關(guān)系變化。第二節(jié)地理空間數(shù)據(jù)及其特征31aabebecdcd

結(jié)點(diǎn)之間拓?fù)潢P(guān)系

abcd

面塊之間拓?fù)潢P(guān)系dabc32

a3N1a1

P3a5N4P1

a4a6N3P4a7N2P2a2

圖形的拓?fù)潢P(guān)聯(lián)性

多邊形鄰接矩陣多邊形鄰接表

多邊形之間鄰接性332.3空間數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)表示(p35)指通過(guò)利用確定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)模型來(lái)表達(dá)空間對(duì)象的空間位置、拓?fù)潢P(guān)系和屬性信息?！矆D2-9〕p36將空間抽象為不同的專(zhuān)題或?qū)狱c(diǎn)、線、面〔定位數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)和拓?fù)鋽?shù)據(jù)〕對(duì)目標(biāo)進(jìn)行數(shù)字表示?！裁總€(gè)弧段或目標(biāo)分配一個(gè)標(biāo)識(shí)碼，弧段位置由一系列X，Y坐標(biāo)定義，弧段的拓?fù)潢P(guān)系由始結(jié)點(diǎn)、終結(jié)點(diǎn)、左多邊形和右多邊形四個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)組成，弧段屬性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在相應(yīng)的屬性表中。第二節(jié)地理空間數(shù)據(jù)及其特征34第三節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型

矢量結(jié)構(gòu)

柵格結(jié)構(gòu)35第三節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型3.1矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是利用歐幾里得幾何學(xué)中的點(diǎn)、線、面及其組合體來(lái)表示地理實(shí)體空間分布的一種數(shù)據(jù)組織方式；其特點(diǎn)有：〔1〕用離散的線或點(diǎn)來(lái)描述地理現(xiàn)象或特征點(diǎn)：空間的一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)〔x,y〕；線：多個(gè)點(diǎn)組成的矢量弧段〔x1,y2〕〔x2,y2〕…...〔xn,yn〕面：曲線組成的多邊形。36(2)用拓?fù)潢P(guān)系來(lái)描述矢量數(shù)據(jù)之間的關(guān)系矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)能以最小的存儲(chǔ)空間精確的表達(dá)地物的幾何位置。在實(shí)際應(yīng)用中往往采用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)編碼，不在象柵格數(shù)據(jù)那樣用諸如游程編碼等方案。在矢量數(shù)據(jù)系統(tǒng)中，常用幾何信息描述空間地物的幾何位置，用拓?fù)湫畔?lái)描述空間的“相連〞、“相鄰〞、“包含〞關(guān)系，從而清楚的表達(dá)空間地物之間的結(jié)構(gòu)。37〔3〕面向目標(biāo)的操作對(duì)矢量數(shù)據(jù)的操作，更多的面向目標(biāo)，從而使精度高，數(shù)據(jù)冗余度小，運(yùn)算量少。如對(duì)區(qū)域面積的計(jì)算和道路長(zhǎng)度的量算，分別用計(jì)算區(qū)域多邊形面積和道路長(zhǎng)度而獲得。使得精度大大提高。另外，由于矢量數(shù)據(jù)是以點(diǎn)坐標(biāo)為根底記錄數(shù)據(jù)，不僅便于對(duì)圖形放大、縮小，而且還便于將數(shù)據(jù)從一個(gè)投影系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)投影系統(tǒng)。是一種面向地物的結(jié)構(gòu)，即對(duì)于每一個(gè)具體的目標(biāo)都直接賦有位置和屬性信息以及目標(biāo)之間的拓?fù)潢P(guān)系說(shuō)明。

38〔4〕數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且難以同遙感數(shù)據(jù)結(jié)合矢量數(shù)據(jù)系統(tǒng)，不僅難以和DEM模型數(shù)據(jù)結(jié)合，而且也難以同遙感數(shù)據(jù)相結(jié)合。從而限制了矢量數(shù)據(jù)系統(tǒng)的功能和效率。在目前的矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的地理信息系統(tǒng)中，為了解決同遙感數(shù)據(jù)的結(jié)合，往往是將矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成柵格數(shù)據(jù)，再進(jìn)行分析。39〔5〕難以處理位置關(guān)系〔如求交，包含等〕在矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，給出的是地物的取樣點(diǎn)坐標(biāo)，判斷地物的空間關(guān)系時(shí)，往往需要進(jìn)行大量的求交運(yùn)算。例如當(dāng)某一土壤類(lèi)型圖和某一積溫圖，要疊置獲取新分類(lèi)圖時(shí)，需進(jìn)行多邊形求交運(yùn)算，組成新多邊形，建立新的拓?fù)潢P(guān)系。因此，用矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)解決這類(lèi)問(wèn)題相當(dāng)復(fù)雜。第三節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型40第三節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)主要特點(diǎn)：空間數(shù)據(jù)以根本對(duì)象〔點(diǎn)、線或多邊形〕為單元進(jìn)行單獨(dú)組織，不含有拓?fù)潢P(guān)系數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)編排直觀，數(shù)字化操作簡(jiǎn)單。每個(gè)多邊形都以封閉線段存儲(chǔ)，多邊形的公共邊界數(shù)字化兩次，造成數(shù)據(jù)冗余和不一致。島只作為一個(gè)簡(jiǎn)單圖形，沒(méi)有與外界多邊形的聯(lián)系41第三節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)〔P38〕根本概念：結(jié)點(diǎn)、弧段或鏈段、島、簡(jiǎn)單多邊形、復(fù)合多邊形；拓?fù)鋽?shù)據(jù)文件：弧段文件由弧段記錄組成，每個(gè)弧段記錄包括標(biāo)識(shí)碼、起結(jié)點(diǎn)〔FN〕、終結(jié)點(diǎn)〔TN〕、左多邊形〔LP〕和右多邊形〔RP〕；結(jié)點(diǎn)文件由結(jié)點(diǎn)記錄所組成，包括結(jié)點(diǎn)號(hào)、結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)及與該結(jié)點(diǎn)連接的弧段標(biāo)識(shí)碼；多邊形文件由多邊形記錄組成，包括多邊形標(biāo)識(shí)碼、組成多邊形的弧段標(biāo)識(shí)碼以及相關(guān)屬性等。42第三節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型C4N4C8C6P3C7N6C10N3C3N1P1C2N2C1P2C5N5P4P5C9N7拓?fù)鋽?shù)據(jù)舉例43第三節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型弧段號(hào)起結(jié)點(diǎn)終結(jié)點(diǎn)左多邊形右多邊形C1N1N2P2P1C2N3N2P1P4C3N1N3P1?C4N1N4?P2C5N2N5P2P4C6N4N5P3P2C7N5N6P3P4C8N4N6?P3C9N7N7P4P5C10N3N6P4?拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的弧段文件構(gòu)成44第三節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型拓?fù)洹彩噶俊硵?shù)據(jù)編碼(p37)拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)最重要的技術(shù)特征和奉獻(xiàn)是具有拓?fù)渚庉嫻δ?，包括多邊形連接編輯和結(jié)點(diǎn)連接編輯。前者指順序連接組成多邊形的一組線段的編輯；后者指順序連接環(huán)繞某個(gè)結(jié)點(diǎn)所有多邊形的編輯。45DIME編碼又稱雙重獨(dú)立編碼〔DualIndependentMapEncoding〕是美國(guó)人口統(tǒng)計(jì)局研制的用于人口分析制圖的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。特點(diǎn)：1、以線段為主的記錄方式線段有起始點(diǎn)和終止點(diǎn)及相臨的左右多邊形作為根本代碼形成拓?fù)潢P(guān)系。在這種記錄方式中，可以根據(jù)需要參加選擇要素；線段本身的空間位置數(shù)據(jù)，常置于另一層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。2、它是一種具有拓?fù)涔δ艿木幋a方法把研究對(duì)象看成由點(diǎn)、線、面組成的幾何圖形。46基于上述優(yōu)點(diǎn)，尤其是它的拓?fù)渚幋a方法和拓?fù)渚庉嫻δ埽顾贕IS中應(yīng)用很廣。DIME編碼結(jié)構(gòu)1、根本要素線段名、線段的起止結(jié)點(diǎn)、線段的左右街區(qū)號(hào)碼；2、專(zhuān)題要素地址范圍、地區(qū)碼、人口統(tǒng)計(jì)、地段碼3、其它要素郵政分區(qū)代碼，選擇分區(qū)代碼等；DIME的拓?fù)渚庉嬁梢园胱詣?dòng)和自動(dòng)編輯，分為多邊形編輯和結(jié)點(diǎn)編輯，前者用來(lái)檢驗(yàn)封閉多邊形的封閉情況，后者用來(lái)形成圍繞某一結(jié)的所有多邊形。在編輯過(guò)程中不斷檢查線段代碼的各項(xiàng)特性是否正確。47803171980521232527293133353739414345807808161820222426283032343638404244825821822823N181stSTN192stSTN20aST48

地塊圖N1P1P2P3P4a5a1a2a3a4a6a7a8N3N2N4N549

多邊形編輯

1、由地塊圖中找出含有多邊形P4的全部線段，組成下表

2、逐一檢查上表中各線段，使線段走向確保其左多邊形為P4，得下表

3、調(diào)整線段序號(hào)，以確保連接的多邊形各結(jié)點(diǎn)順序相連，如本例中將線段a7,a8互換，得下表50

結(jié)點(diǎn)編輯

1、從圖中找出線段紀(jì)錄中含有結(jié)點(diǎn)N3的全部線段，如下表：

2、逐一檢查上表中各線段走向，使終點(diǎn)均為N3，得下表：

3、調(diào)整線段序號(hào)，確保該接點(diǎn)周?chē)噙呅雾樞蜻B接，如下表：51

多邊形編碼及拓?fù)潢P(guān)系生成(p39)圖多邊形編碼系統(tǒng)數(shù)據(jù)文件結(jié)構(gòu)多邊形數(shù)據(jù)文件

圖幅目錄文件

圖形數(shù)據(jù)屬性數(shù)據(jù)多邊形文件弧文件

結(jié)點(diǎn)文件

屬性文件

52多邊形編碼系統(tǒng)建立如以下圖數(shù)字化輸入圖形數(shù)據(jù)獲取數(shù)據(jù)編輯結(jié)點(diǎn)擬合去除多余點(diǎn)自動(dòng)形成拓?fù)潢P(guān)系建立多邊形數(shù)據(jù)文件533.2柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)指將空間分割成各個(gè)規(guī)那么的網(wǎng)格單元，然后在各個(gè)格網(wǎng)單元內(nèi)賦以空間對(duì)象相應(yīng)的屬性值的一種數(shù)據(jù)組織方式；其特點(diǎn)有：〔1〕用離散的量化柵格值表示空間實(shí)體點(diǎn)：用一個(gè)柵格元素來(lái)表示線：用一組相鄰的柵格元素來(lái)表示面〔區(qū)域〕：用相鄰柵格元素的集合來(lái)表示第三節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型54abc

圖1矢量結(jié)構(gòu)圖2柵格結(jié)構(gòu)描述實(shí)體的柵格元素單元的尺寸越小，系統(tǒng)的精度越高，但相應(yīng)的數(shù)據(jù)量就越大。這就需要合理確定柵格單元尺寸，使建立的柵格數(shù)據(jù)能有效的反映實(shí)體的不規(guī)那么輪廓。例如可根據(jù)多邊形精度來(lái)確定柵格尺寸，這時(shí)每個(gè)柵格元素所表示的比例尺為：柵格大小/地表單元大小55〔2〕描述區(qū)域位置明顯，屬性明確柵格元素的位置一般用坐標(biāo)〔行列數(shù)〕確定，柵格值可以用單位柵格交點(diǎn)歸屬法、面積占優(yōu)法、長(zhǎng)度占優(yōu)法來(lái)確定。〔3〕數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于遙感數(shù)據(jù)結(jié)合〔4〕難以建立地物間的拓?fù)潢P(guān)系是一種面向位置的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在平面空間上的任意一點(diǎn)都可以直接同某個(gè)或某類(lèi)地物相聯(lián)系，很難完整建立地物間的拓?fù)潢P(guān)系。一類(lèi)地物或一個(gè)目標(biāo)可能在區(qū)域的很多處出現(xiàn)，這時(shí)只能通過(guò)遍歷整個(gè)柵格矩陣才能得到，不便對(duì)于單目標(biāo)操作。〔5〕圖形質(zhì)量低且數(shù)據(jù)量大56柵格數(shù)據(jù)的幾種主要類(lèi)型：柵格矩陣結(jié)構(gòu)柵格數(shù)據(jù)壓縮是柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)要解決的重要任務(wù)之一。其形式是柵格數(shù)據(jù)編碼。柵格數(shù)據(jù)編碼結(jié)構(gòu)為了減少柵格數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，要對(duì)柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮編碼，方法有費(fèi)爾曼鏈碼、游程編碼、塊碼、四叉樹(shù)編碼，最簡(jiǎn)單的是游程編碼游程編碼結(jié)構(gòu)〔游程終止編碼、游程長(zhǎng)度編碼結(jié)構(gòu)〕57

游程終止編碼表(p45)(0,1),(4,3),(7,8)(4,5),(7,8)(4,4),(8,6),(7,8)(0,2),(4,3),(8,6),(7,8)(0,2),(8,6),(7,7),(8,8)(0,3),(8,8)(0,4),(8,8)(0,5),(8,8)

容易算出每個(gè)屬性值所占的柵格數(shù)數(shù)據(jù)壓縮越多，解碼時(shí)間就長(zhǎng)；反之，解碼時(shí)間短的方案，數(shù)據(jù)壓縮率就低。58游程長(zhǎng)度編碼〔0，1〕，〔4，2〕，〔7，5〕〔4，5〕，〔7，3〕〔4，4〕，〔8，2〕，〔7，2〕〔0，2〕，〔4，1〕，〔8，3〕，〔7，2〕〔0，2〕，〔8，4〕，〔7，1〕，〔8，1〕〔0，3〕，〔8，5〕〔0，4〕，〔8，4〕〔0，5〕，〔8，3〕以上兩種都是一維游程編碼方案，只考慮每一行的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，沒(méi)有考慮行與行之間的結(jié)構(gòu)。塊碼、四叉樹(shù)碼、八叉樹(shù)、十六叉樹(shù)碼等。593.3矢量與柵格一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)矢量與柵格一體化的根本概念；〔P57〕新一代集成化GIS，要求統(tǒng)一管理圖形數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、數(shù)字高程模型〔DEM〕數(shù)據(jù)，四庫(kù)合一。矢量與柵格一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。60優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1.便于面向現(xiàn)象(土壤類(lèi)、土地利用單元等)；

2.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)緊湊、冗余度低；

3.有利于網(wǎng)絡(luò)分析；

4.圖形顯示質(zhì)量好、精度高。1.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜；

2.軟件與硬件的技術(shù)要求比較高；

3.多邊形疊合等分析比較困難；

4.顯示與繪圖成本比較高。柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；

2.空間分析和地理現(xiàn)象的模擬均比較容易；

3.有利于與遙感數(shù)據(jù)的匹配應(yīng)用和分析；

4.輸出方法快速，成本比較低廉。1.圖形數(shù)據(jù)量大；

2.投影轉(zhuǎn)換比較困難；

3.柵格地圖的圖形質(zhì)量相對(duì)較低；

4.現(xiàn)象識(shí)別的效果不如矢量方法。61第四節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的建立根據(jù)用戶需求，確定數(shù)據(jù)工程根據(jù)數(shù)據(jù)項(xiàng)，確定數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)分類(lèi)和編碼確定數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型數(shù)據(jù)輸入與編輯操作矢量數(shù)據(jù)輸入與編輯柵格數(shù)據(jù)輸入與編輯跟蹤數(shù)字化掃描矢量化解析測(cè)圖儀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換透明格網(wǎng)采集掃描數(shù)字化矢量數(shù)據(jù)庫(kù)柵格數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)建立的根本過(guò)程62第四節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的建立4.1系統(tǒng)功能與數(shù)據(jù)間的關(guān)系〔P62〕現(xiàn)代地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)模式的一個(gè)重要特征是數(shù)據(jù)與功能之間具有密切的聯(lián)系(見(jiàn)下表)，因此，在確定數(shù)據(jù)內(nèi)容時(shí)，首先必須明確系統(tǒng)的功能；對(duì)開(kāi)發(fā)的GIS系統(tǒng)的功能，是通過(guò)用戶需求調(diào)查來(lái)確定的，因此，在開(kāi)發(fā)GIS系統(tǒng)之前，首先要進(jìn)行系統(tǒng)分析。63系統(tǒng)功能與數(shù)據(jù)間的關(guān)系

(據(jù)JackDangermond等)64第四節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的建立4.2空間數(shù)據(jù)的分類(lèi)和編碼〔P64〕空間數(shù)據(jù)的分類(lèi)，是指根據(jù)系統(tǒng)功能及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)，將具有不同屬性或特征的要素區(qū)別開(kāi)來(lái)的過(guò)程，以便從邏輯上將空間數(shù)據(jù)組織為不同的信息層(見(jiàn)以下圖)；6566第四節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的建立數(shù)據(jù)分類(lèi)原那么：圖形原那么〔點(diǎn)、線、面〕、對(duì)象原那么以我國(guó)根底地理信息數(shù)據(jù)分類(lèi)為例，分為測(cè)量控制點(diǎn)、水系、居民地、交通、管線、境界、地形與土質(zhì)和植被八大類(lèi)，然后再依次細(xì)分為小類(lèi)、一級(jí)類(lèi)、二級(jí)類(lèi)。如建立某風(fēng)景區(qū)空間數(shù)據(jù)庫(kù)可分為景點(diǎn)、景區(qū)、道路、居民點(diǎn)、河流、水庫(kù)、管線、地形、植被、境界等類(lèi)別，建立各自對(duì)應(yīng)的圖層。67空間數(shù)據(jù)的編碼：是指將數(shù)據(jù)分類(lèi)的結(jié)果，用一種易于被計(jì)算機(jī)和人識(shí)別的符號(hào)系統(tǒng)表示出來(lái)的過(guò)程，編碼的結(jié)果是形成代碼。代碼由數(shù)字或字符組成。例如，我國(guó)根底地理信息數(shù)據(jù)的分類(lèi)代碼由六位數(shù)字組成，其代碼結(jié)構(gòu)如下所示： × × ×× × × 大類(lèi)碼小類(lèi)碼一級(jí)代碼二級(jí)代碼識(shí)別位 大類(lèi)碼、小類(lèi)碼、一級(jí)代碼和二級(jí)代碼分別用數(shù)字順序排列。識(shí)別位由用戶自行定義，以便于擴(kuò)充。68國(guó)土根底信息數(shù)據(jù)分類(lèi)與代碼舉例1：測(cè)量控制點(diǎn)11：平面控制點(diǎn)12：高程控制點(diǎn)13：其他控制點(diǎn)1101：三角點(diǎn)1102：導(dǎo)線點(diǎn)11011：一等11012：二等11013：三等11014：四等69第四節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的建立4.3矢量數(shù)據(jù)的輸入與編輯(p65)矢量數(shù)據(jù)的輸入，是指將分類(lèi)和編碼的空間對(duì)象圖形轉(zhuǎn)換為一系列x、y坐標(biāo)，然后按照確定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)參加到線段或標(biāo)示點(diǎn)的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)文件中去；矢量數(shù)據(jù)的獲取方式〔1〕數(shù)字化儀獲取點(diǎn)方式和流方式〔2〕全球定位系統(tǒng)〔GPS〕獲取〔3〕柵格數(shù)據(jù)矢量化70以數(shù)字化儀輸入為例：〔1〕原圖準(zhǔn)備：圖幅角點(diǎn)、控制點(diǎn)等；〔2〕輸入初始化參數(shù)：數(shù)字化閾值、圖幅四角點(diǎn)理論坐標(biāo)、圖幅長(zhǎng)度、寬度，以及圖名、圖號(hào)、比例尺、地圖投影等；〔3〕輸入數(shù)字化圖幅四角點(diǎn)的坐標(biāo)和經(jīng)標(biāo)識(shí)的控制點(diǎn)坐標(biāo)；〔4〕輸入數(shù)字化圖形，直致形成一個(gè)數(shù)字化信息存儲(chǔ)層；〔5〕檢查和修改數(shù)字化錯(cuò)誤；〔6〕建立拓?fù)潢P(guān)系和屬性輸入；〔7〕檢查與修改拓?fù)溴e(cuò)誤；〔8〕檢查與修改屬性表錯(cuò)誤；71空間數(shù)據(jù)編輯的目的是為了消除數(shù)字化過(guò)程中引入的各類(lèi)錯(cuò)誤和對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行拓?fù)潢P(guān)系檢查等而進(jìn)行的操作?！睵66〕如空間點(diǎn)位和線段的喪失或重復(fù)、線段過(guò)長(zhǎng)或過(guò)短、區(qū)域中心點(diǎn)識(shí)別瑪?shù)倪z漏等。編輯檢查包括：目視檢查、機(jī)器檢查、圖形檢查空間數(shù)據(jù)編輯只能消除數(shù)字化過(guò)程中產(chǎn)生的錯(cuò)誤和圖形中一些明顯的誤差，對(duì)于因圖紙變形而產(chǎn)生的誤差和坐標(biāo)變換等，要通過(guò)幾何糾正和投影變換來(lái)處理。72第四節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的建立4.4柵格數(shù)據(jù)的輸入與編輯(p68)柵格數(shù)據(jù)的輸入方法包括透明格網(wǎng)采集輸入、掃描數(shù)字化輸入、遙感數(shù)據(jù)、及其它數(shù)據(jù)傳輸或轉(zhuǎn)換輸入等；柵格數(shù)據(jù)的取值(p68)〔1〕面積占優(yōu)法將柵格單元中占有最大面積的屬性值定為本柵格元素的值?！?〕中心點(diǎn)法將柵格單元中心點(diǎn)的值作為本柵格單元的值。73〔3〕長(zhǎng)度占優(yōu)法是將網(wǎng)格中心劃一橫線，然后用橫線所占最長(zhǎng)局部的屬性值作為本柵格元素的值。(4)重要性法為突出某些屬性，只要這種屬性在柵格中出現(xiàn)，就把該屬性定為本柵格單元的值。將一張透明的格網(wǎng)紙疊置于某圖件上，根據(jù)以上單元格取值的方法，直接用人工的方法獲取相應(yīng)單元格的屬性值。這種方法適用于區(qū)域范圍較小，柵格單元尺寸較大的情況。當(dāng)區(qū)域范圍較大時(shí)，或要求柵格單元尺寸較小時(shí)，工作量大到使人無(wú)法忍受。例如1幅1010km2區(qū)域圖要以10m的間隔取數(shù)，有約100萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)讀取。74思考題：1.地理空間的概念？2.我國(guó)三大坐標(biāo)系？地圖投影？3.舉例說(shuō)明地理空間數(shù)據(jù)的根本特征及其在計(jì)算機(jī)中的表示方法？4.空間數(shù)據(jù)的主要類(lèi)源與類(lèi)型？5.簡(jiǎn)述空間數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系及其對(duì)GIS數(shù)據(jù)處理和空間分析有何重要意義？6.矢量數(shù)據(jù)及其特點(diǎn)？7.節(jié)點(diǎn)、弧段、多邊形文件構(gòu)成？8.給定圖形會(huì)進(jìn)行多邊形編輯和節(jié)點(diǎn)編輯。9.根據(jù)右轉(zhuǎn)算法和左轉(zhuǎn)算法的不同，寫(xiě)出由有限線段組成多邊形區(qū)域的定義，并比較多邊形邊界和多邊形區(qū)域的概念。7510.柵格數(shù)據(jù)及其特點(diǎn)？11.柵格數(shù)據(jù)編碼的意義及主要類(lèi)型？12.游程、游程編碼？13.矢量數(shù)據(jù)與柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)？14.空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)建立的根本過(guò)程？15.空間數(shù)據(jù)分類(lèi)和編碼的意義？16.矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)的獲取方式？17.以數(shù)字化儀為例說(shuō)明矢量數(shù)據(jù)地輸入過(guò)程？18.柵格數(shù)據(jù)的取值方法？19.表達(dá)從某一空間對(duì)象到數(shù)據(jù)庫(kù)或數(shù)據(jù)文件的演繹過(guò)程，并說(shuō)明各過(guò)程的作用。20.給定圖形能寫(xiě)出柵格數(shù)據(jù)編碼文件，并進(jìn)行游程長(zhǎng)度編碼和游程終止編碼。76第三章空間數(shù)據(jù)的處理第一節(jié)空間數(shù)據(jù)的坐標(biāo)變換第二節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換第三節(jié)多源空間數(shù)據(jù)的融合第四節(jié)空間數(shù)據(jù)的壓縮與綜合第五節(jié)空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插方法第六節(jié)圖幅數(shù)據(jù)邊沿匹配處理77數(shù)據(jù)處理和分析是很難分開(kāi)的，處理是指GIS對(duì)空間數(shù)據(jù)本身所提供的操作手段，它不涉及內(nèi)容的分析；數(shù)據(jù)處理的必要性：數(shù)據(jù)源的復(fù)雜性，如比例尺、投影坐標(biāo)、矢量數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)等?？臻g數(shù)據(jù)處理一般包括數(shù)據(jù)變換、數(shù)據(jù)重構(gòu)、數(shù)據(jù)提取等內(nèi)容?！睵72〕數(shù)據(jù)變換指數(shù)據(jù)從一種數(shù)學(xué)狀態(tài)到另一種數(shù)學(xué)狀態(tài)的變換，如幾何糾正、投影轉(zhuǎn)換和輻射糾正等。第三章空間數(shù)據(jù)的處理78第三章空間數(shù)據(jù)的處理數(shù)據(jù)重構(gòu)指從一種格式到另一種格式的轉(zhuǎn)換，包括結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換、格式變換、類(lèi)型變換等。數(shù)據(jù)提取指對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行某種有條件的提取，包括類(lèi)型提取、窗口提取、空間內(nèi)插等。數(shù)據(jù)處理是針對(duì)數(shù)據(jù)本身完成的操作，不設(shè)計(jì)內(nèi)容分析。79第一節(jié)空間數(shù)據(jù)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

空間數(shù)據(jù)坐標(biāo)變換的實(shí)質(zhì)是建立兩個(gè)平面點(diǎn)之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，包括幾何糾正和投影變換。

設(shè)備坐標(biāo)系：顯示坐標(biāo)系、數(shù)字化儀或繪圖儀坐標(biāo)系；用戶坐標(biāo)系：笛卡兒直角坐標(biāo)系。不同坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換。不同地圖地圖投影與地圖比例尺的差異等，要進(jìn)行投影轉(zhuǎn)換和比例尺變換。80第一節(jié)空間數(shù)據(jù)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換1.1幾何糾正幾何糾正是指對(duì)數(shù)字化原圖數(shù)據(jù)進(jìn)行的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換和圖紙變形誤差的改正，以實(shí)現(xiàn)與理論值的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系；幾何糾正的方法包括仿射變換、相似變換、二次變換和高次變換等。81第一節(jié)空間數(shù)據(jù)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換仿射變換舉例821.2投影轉(zhuǎn)換投影轉(zhuǎn)換是指當(dāng)系統(tǒng)使用來(lái)自不同地圖投影的圖形數(shù)據(jù)時(shí)，需要將該投影的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為所需要投影的坐標(biāo)數(shù)據(jù)；等角投影、等距離投影和等面積投影投影轉(zhuǎn)換的方法包括正解變換、反解變換和數(shù)值變換等。第一節(jié)空間數(shù)據(jù)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換83第一節(jié)空間數(shù)據(jù)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換地圖投影轉(zhuǎn)換等面積偽圓錐投影84第一節(jié)空間數(shù)據(jù)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換斜軸等面積方位投影85第二節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換2.1由矢量向柵格的轉(zhuǎn)換當(dāng)數(shù)據(jù)采集采用矢量數(shù)據(jù)，而空間分析采用柵格數(shù)據(jù)時(shí)，需要將矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為柵格數(shù)據(jù)；由矢量數(shù)據(jù)向柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換方法，根據(jù)原數(shù)據(jù)文件的不同，可以分別應(yīng)用：基于弧段數(shù)據(jù)的柵格化方法；基于多邊形數(shù)據(jù)的柵格化方法。862.2由柵格向矢量的轉(zhuǎn)換當(dāng)由柵格數(shù)據(jù)分析的結(jié)果通過(guò)矢量繪圖機(jī)輸出，或者將柵格數(shù)據(jù)參加矢量數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，都需要將柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為矢量數(shù)據(jù)；由柵格數(shù)據(jù)向矢量數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，根據(jù)圖像數(shù)據(jù)文件和再生柵格數(shù)據(jù)文件的不同，可以分別采用：基于圖像數(shù)據(jù)的矢量化方法；基于再生柵格數(shù)據(jù)的矢量化方法。87基于圖像數(shù)據(jù)的矢量化方法〔1〕二值化將256或128級(jí)不同的灰階壓縮到2個(gè)灰階，即0和1兩級(jí)?！?〕細(xì)化是消除線化橫斷面柵格數(shù)差異，使得每一條線只保存代表其軸線或周?chē)喞€〔對(duì)面狀符號(hào)言〕位置的單個(gè)柵格的寬度。〔3〕跟蹤目的是將寫(xiě)入數(shù)據(jù)文件的細(xì)化處理后的柵格數(shù)據(jù)，整理為從節(jié)點(diǎn)出發(fā)的線段或閉合的線條，并以矢量形式存儲(chǔ)于特征柵格點(diǎn)中心的坐標(biāo)。88柵格矢量化舉例〔柵格數(shù)據(jù)〕89柵格矢量化得到的弧段數(shù)據(jù)90弧段數(shù)據(jù)自動(dòng)生成多邊形91第三節(jié)多源空間數(shù)據(jù)的融合3.1遙感與GIS數(shù)據(jù)的融合遙感圖像與數(shù)字地圖數(shù)據(jù)的融合；遙感圖像與DEM數(shù)據(jù)的融合；遙感圖像與地圖掃描數(shù)據(jù)的融合。3.2不同格式數(shù)據(jù)的融合基于轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)融合；基于數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)融合；基于公共接口的數(shù)據(jù)融合；基于直接訪問(wèn)的數(shù)據(jù)融合。92第四節(jié)空間數(shù)據(jù)的壓縮與綜合4.1空間數(shù)據(jù)的壓縮空間數(shù)據(jù)的壓縮，即從所取得的數(shù)據(jù)集合S中抽出一個(gè)子集A，這個(gè)子集作為一個(gè)新的信息源，在規(guī)定的程度范圍內(nèi)最好地逼近原集合，而且具有最大的壓縮比a

式中：m為曲線的原點(diǎn)數(shù)；n為曲線經(jīng)壓縮后的點(diǎn)數(shù)。曲線上點(diǎn)的壓縮方法：道格拉斯-普克法(Douglas-Peucker)；Li-openshaw的自然綜合法那么法；垂距法。93面域柵格數(shù)據(jù)的壓縮方法：游程編碼法；〔前已述〕四叉樹(shù)編碼壓縮法。4.2空間數(shù)據(jù)的綜合〔也是一種壓縮形式〕空間數(shù)據(jù)的綜合是針對(duì)存貯在GIS數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)因?qū)傩詳?shù)據(jù)的重新分類(lèi)而進(jìn)行的操作；空間數(shù)據(jù)的綜合內(nèi)容包括相同屬性的刪除和相同屬性公共邊界線的刪除等。94第五節(jié)空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插方法設(shè)一組空間數(shù)據(jù)，可以是離散點(diǎn)的形式，也可以是分區(qū)數(shù)據(jù)的形式，現(xiàn)在要從這些數(shù)據(jù)中找到一個(gè)函數(shù)關(guān)系式，使該關(guān)系式最好地逼近這些的空間數(shù)據(jù)，并能根據(jù)該函數(shù)關(guān)系式推導(dǎo)出任意點(diǎn)或任意區(qū)域的值。這種通過(guò)點(diǎn)或分區(qū)數(shù)據(jù)，推求任意點(diǎn)或區(qū)域數(shù)據(jù)的方法稱為空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插。廣泛用于等值線繪制、數(shù)字高程模型的建立、不同區(qū)域界線現(xiàn)象的相關(guān)分析和比較分析等。95第五節(jié)空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插方法5.1點(diǎn)的內(nèi)插點(diǎn)的內(nèi)插是研究具有連續(xù)變化特征現(xiàn)象〔如地形、氣溫、氣壓等〕的數(shù)值內(nèi)插方法；其過(guò)程有：數(shù)據(jù)取樣指數(shù)據(jù)點(diǎn)的選取和坐標(biāo)確定數(shù)據(jù)處理是以數(shù)據(jù)點(diǎn)作為控制根底，用某一數(shù)學(xué)模型來(lái)模擬地面，進(jìn)行內(nèi)插加密計(jì)算等數(shù)據(jù)記錄將建立的節(jié)點(diǎn)特征值記錄于存儲(chǔ)器中，以供分析應(yīng)用。點(diǎn)的內(nèi)插方法可以采用：移動(dòng)擬合法；局部函數(shù)法；克里格〔Kriging〕內(nèi)插法。96第五節(jié)空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插方法5.2區(qū)域的內(nèi)插區(qū)域的內(nèi)插是研究根據(jù)一組分區(qū)的數(shù)據(jù)來(lái)推求同一地區(qū)另一組分區(qū)未知數(shù)據(jù)的內(nèi)插方法；區(qū)域的內(nèi)插方法可以采用：疊置法；比重法。數(shù)據(jù)的分區(qū)稱為源區(qū)，需要內(nèi)插的另一組分區(qū)稱為目標(biāo)區(qū)。97克里格〔Kriging〕內(nèi)插法舉例高程數(shù)據(jù)98設(shè)置參數(shù)99插值結(jié)果100三維顯示101第六節(jié)圖幅數(shù)據(jù)邊沿匹配處理6.1圖幅數(shù)據(jù)邊沿匹配的概念6.2圖幅數(shù)據(jù)邊沿匹配的任務(wù)識(shí)別和檢索相鄰圖幅的數(shù)據(jù)；相鄰圖幅邊界點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)的匹配；相同屬性多邊形公共界線的刪除；連續(xù)圖幅數(shù)據(jù)文件的建立。102思考題：1.為什么要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理？2.討論在空間數(shù)據(jù)坐標(biāo)變換中，選擇控制點(diǎn)的數(shù)量及分布的判斷標(biāo)準(zhǔn)。3.什么是坐標(biāo)變換？它的目的及其主要類(lèi)型？4.幾何糾正、投影轉(zhuǎn)換的概念？5.基于圖像數(shù)據(jù)的矢量方法？6.多緣空間數(shù)據(jù)融合的意義？7.什么是空間數(shù)據(jù)內(nèi)插？8.什么是圖幅拼接〔匹配〕？103第四章GIS空間數(shù)據(jù)庫(kù)第一節(jié)空間數(shù)據(jù)庫(kù)概述第二節(jié)空間數(shù)據(jù)庫(kù)概念模型設(shè)計(jì):

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型第三節(jié)空間數(shù)據(jù)庫(kù)概念模型設(shè)計(jì):語(yǔ)義

數(shù)據(jù)模型和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型第四節(jié)空間數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯模型設(shè)計(jì)和物

理設(shè)計(jì)第五節(jié)GIS空間時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)104第一節(jié)空間數(shù)據(jù)庫(kù)概述空間數(shù)據(jù)庫(kù)的概念GIS存儲(chǔ)空間和屬性數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)。GIS數(shù)據(jù)庫(kù)的建立是為了記錄大量反映地理特征的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。在一個(gè)工程的工作過(guò)程中，空間數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)揮著核心作用，表現(xiàn)在：用戶在決策過(guò)程中，通過(guò)訪問(wèn)空間數(shù)據(jù)庫(kù)獲得空間數(shù)據(jù)，在決策過(guò)程完成后再將決策結(jié)果存儲(chǔ)到空間數(shù)據(jù)庫(kù)中。105一個(gè)完整的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫(kù)是按照一定的結(jié)構(gòu)組織在一起的相關(guān)數(shù)據(jù)集合；數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)庫(kù)建立、使用和管理工具的軟件系統(tǒng)；數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)是滿足用戶數(shù)據(jù)處理需要而建立起來(lái)的，具有訪問(wèn)功能的應(yīng)用軟件，它提供用戶一個(gè)訪問(wèn)和操作特定數(shù)據(jù)庫(kù)的用戶界面。106第一節(jié)空間數(shù)據(jù)庫(kù)概述空間數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)過(guò)程；地理現(xiàn)象和過(guò)程的抽象概念模型邏輯模型存儲(chǔ)模型數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)；層次模型、網(wǎng)絡(luò)模型和關(guān)系模型原那么、步驟和技術(shù)方法?？臻g數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)現(xiàn)和維護(hù)107第二節(jié)

空間數(shù)據(jù)庫(kù)概念模型設(shè)計(jì):傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型層次數(shù)據(jù)模型網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型關(guān)系數(shù)據(jù)模型根本概念：關(guān)系；關(guān)鍵字；關(guān)系模式；關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)；關(guān)系完整性。108

在數(shù)據(jù)庫(kù)中，數(shù)據(jù)內(nèi)容的描述，以及數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系，主要是通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)模型來(lái)實(shí)現(xiàn)的。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型：1、層次模型：從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)看，層次模型采用的是樹(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。具有樹(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的一般特點(diǎn)，表達(dá)的數(shù)據(jù)關(guān)系是一對(duì)多的關(guān)系。模型的記錄都處在一定的層次上。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)清晰、易理解；缺點(diǎn)：數(shù)據(jù)冗余度大，不適于表達(dá)數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系。1092、網(wǎng)絡(luò)模型：采用圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，表達(dá)的數(shù)據(jù)關(guān)系是多對(duì)多，且數(shù)據(jù)之間具有顯示的連接關(guān)系，但沒(méi)有明顯的層次關(guān)系。優(yōu)點(diǎn)：大大的壓縮了數(shù)據(jù)量，便于表達(dá)復(fù)雜的拓?fù)潢P(guān)系；缺點(diǎn)：數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系要通過(guò)指針表示，使數(shù)據(jù)量大大增加等等。3、關(guān)系模型：采用線性表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)為滿足一定條件的二維表，這種表稱為二維關(guān)系。一個(gè)實(shí)體用假設(shè)干個(gè)關(guān)系組成，而關(guān)系表的集合就構(gòu)成了關(guān)系模型。優(yōu)點(diǎn)：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、清晰，能夠直接處理多對(duì)多的關(guān)系，數(shù)據(jù)的獨(dú)立性強(qiáng)等。缺點(diǎn)：涉及的目標(biāo)很多時(shí)，操作時(shí)間長(zhǎng)，效率低。110以上三種傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型的缺點(diǎn)表現(xiàn)在：1、以記錄作為數(shù)據(jù)模型的結(jié)構(gòu)，不能很好的面向?qū)ο?、數(shù)據(jù)語(yǔ)義貧乏：數(shù)據(jù)語(yǔ)義是指數(shù)據(jù)本身具有的表達(dá)數(shù)據(jù)屬性及其關(guān)系的能力。3、數(shù)據(jù)類(lèi)型少，難以滿足用戶的需要111第三節(jié)

空間數(shù)據(jù)庫(kù)概念模型設(shè)計(jì):語(yǔ)義模型與對(duì)象模型語(yǔ)義數(shù)據(jù)模型E-R模型。面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型面向?qū)ο蟮母靖拍睿簩?duì)象、類(lèi)；繼承；重載；概括與聚集。112第四節(jié)空間數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯模型

設(shè)計(jì)和物理設(shè)計(jì)邏輯設(shè)計(jì)步驟和內(nèi)容；E-R模型向關(guān)系數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換。物理設(shè)計(jì)113第五節(jié)GIS空間時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)空間時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)概述空間時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)的表達(dá)；空間時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)的更新；空間時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)的查詢；時(shí)空一體化數(shù)據(jù)模型時(shí)間片快照模型；底圖疊加模型；時(shí)空合成模型；全信息對(duì)象模型。114第五章空間分析的原理和方法第一節(jié)數(shù)字地面模型分析第二節(jié)空間疊合分析第三節(jié)空間緩沖區(qū)分析第四節(jié)空間網(wǎng)絡(luò)分析第五節(jié)空間統(tǒng)計(jì)分析第六節(jié)空間數(shù)據(jù)的集合分析和查詢115第五章空間分析的原理和方法空間分析的概念

空間分析是基于空間數(shù)據(jù)的分析技術(shù)，它以地學(xué)原理為依托，通過(guò)分析算法，從空間數(shù)據(jù)中獲取有關(guān)地理對(duì)象的空間位置、空間分布、空間形態(tài)、空間形成和空間演變等信息?？臻g分析的一般分類(lèi)產(chǎn)生式分析(productmode)；咨詢式分析(querymode)。116第一節(jié)數(shù)字地面模型分析地形因子的自動(dòng)提取坡度計(jì)算；坡向分析；曲面面積計(jì)算；地表粗糙度計(jì)算；高程及變異分析；谷脊特征分析；日照強(qiáng)度的分析；淹沒(méi)邊界的計(jì)算。117高程分帶圖對(duì)道路、造林等具有重要意義GIS118研究區(qū)域坡度分析：按0—6、6—25、25—30、30—45、45—60、60—80共六個(gè)等級(jí)分類(lèi)

GIS119研究區(qū)域坡向分析：

——可按無(wú)坡、北、東北、東、東南、南、西南、西、西北共九個(gè)等級(jí)提供地形分析結(jié)果

坡度和坡向分析可用于造林規(guī)劃的造林地塊的選擇，如退耕還林工程規(guī)劃等具有參考意義

GIS120模擬山體陰影效果：——定制太陽(yáng)方位角：西北315度，太陽(yáng)高度角：45度

山體陰影圖真實(shí)地表現(xiàn)了地表光線的照度，對(duì)苗圃等需要光照較好的山坡的選址具有一定的參考意義121地表形態(tài)的自動(dòng)分類(lèi)擬定地形分類(lèi)決策表；建立地形類(lèi)型分類(lèi)系統(tǒng)；輸出地形類(lèi)型圖。地學(xué)剖面的繪制和分析建立數(shù)字高程模型；確定地形剖面線的位置；剖面線交點(diǎn)的內(nèi)插計(jì)算；地形剖面線及相關(guān)地理信息〔地質(zhì)、土壤、土地利用等〕的疊加表示和輸出。122第二節(jié)空間疊合分析空間疊合分析的概念空間疊合分析是指在統(tǒng)一空間參照系統(tǒng)條件下，每次將同一地區(qū)兩個(gè)地理對(duì)象的圖層進(jìn)行疊合，以產(chǎn)生空間區(qū)域的多重屬性特征，或建立地理對(duì)象之間的空間對(duì)應(yīng)關(guān)系；空間疊合分析根據(jù)疊合對(duì)象圖形特征的不同，分為點(diǎn)與多邊形的疊合、線與多邊形的疊合和多邊形與多邊形的疊合三種類(lèi)型。多邊形與多邊形的疊合分析多邊形與多邊形的疊合分析是指將兩個(gè)不同圖層的多邊形要素相疊合，產(chǎn)生輸出層的新多邊形要素，用以解決地理變量的多準(zhǔn)那么分析、區(qū)域多重圖幅要素更新、相鄰圖幅拼接和區(qū)域信息提取等；123多邊形與多邊形疊合分析的功能：union；intersect；identity；erase；update；clip?？臻g疊合分析的方法基于矢量數(shù)據(jù)的疊合分析；基于柵格數(shù)據(jù)的疊合分析；124第三節(jié)空間緩沖區(qū)分析空間緩沖區(qū)分析的概念空間緩沖區(qū)分析是指根據(jù)分析對(duì)象的點(diǎn)、線、面實(shí)體，自動(dòng)建立它們周?chē)欢ň嚯x的帶狀區(qū)，用以識(shí)別這些實(shí)體或主體對(duì)鄰近對(duì)象的輻射范圍或影響度，以便為某項(xiàng)分析或決策提供依據(jù)；空間緩沖區(qū)的三大要素，即主體、鄰近對(duì)象和作用條件?？臻g緩沖區(qū)分析的模型線性模型；二次模型；指數(shù)模型。125空間緩沖區(qū)分析的方法方案一方案二計(jì)算模型參數(shù)f0和d0設(shè)定di計(jì)算ri和Fi緩沖區(qū)圖形表達(dá)計(jì)算模型參數(shù)f0和d0設(shè)定Fi計(jì)算di緩沖區(qū)圖形表達(dá)126第四節(jié)空間網(wǎng)絡(luò)分析網(wǎng)絡(luò)圖論的根本概念圖及其構(gòu)成元素；有向圖和無(wú)向圖；鄰接矩陣和關(guān)聯(lián)矩陣?？臻g網(wǎng)絡(luò)的類(lèi)型和構(gòu)成空間網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浞诸?lèi)；空間網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成元素?？臻g網(wǎng)絡(luò)分析方法路徑分析；定位-配置分析。127第五節(jié)空間統(tǒng)計(jì)分析變量篩選分析變量篩選分析的概念；變量篩選分析的方法。變量聚類(lèi)分析變量聚類(lèi)分析的概念；變量聚類(lèi)分析的方法。128第六節(jié)空間數(shù)據(jù)的集合分析和查詢空間數(shù)據(jù)的集合分析空間集